[發(fā)明專利]一種利用改進(jìn)耦合能預(yù)測封閉箱體結(jié)構(gòu)振動特性方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011470175.0
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN113158400B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石雙霞;劉孔超;王雨軒;肖斌;王靖宇
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/14;G06F17/11;G06F30/23
• 代理公司: 北京匯捷知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531
• 代理人: 孫清曉

本發(fā)明提供了一種利用改進(jìn)耦合能預(yù)測封閉箱體結(jié)構(gòu)振動特性方法，該方法包括以下步驟：由六個各向同性的彈性板構(gòu)成封閉箱體結(jié)構(gòu)；引用二維改進(jìn)傅里葉級數(shù)方法給出彎曲振動位移與面內(nèi)振動位移的表達(dá)形式；建立封閉箱體結(jié)構(gòu)的能量函數(shù)；封閉箱體結(jié)構(gòu)的能量由箱體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總動能、總勢能所組成，由建立不同坐標(biāo)系下的耦合能公式得出耦合能；將結(jié)構(gòu)彎曲振動位移及面內(nèi)振動位移代入所構(gòu)建的能量函數(shù)中，并采用瑞利里茲法對封閉箱體結(jié)構(gòu)能量函數(shù)中未知傅里葉系數(shù)取極值獲得封閉箱體結(jié)構(gòu)控制方程；求解控制方程的特征值及特征向量獲得封閉箱體結(jié)構(gòu)的固有頻率及振型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用耦合能模型預(yù)測箱體振動特性的方法。

背景技術(shù)

封閉箱體結(jié)構(gòu)是航空、土木和海洋工程等領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的載體結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)的振動特性對箱體內(nèi)設(shè)備的正常運行有重要影響，因此預(yù)測并控制箱體結(jié)構(gòu)振動是保證箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)備穩(wěn)定運行的前提。由組合結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的船舶艙室往往處于低頻噪聲環(huán)境，對長期處于艙室內(nèi)工作人員精神及身體會產(chǎn)生一定危害。因此了解結(jié)構(gòu)振動特性、提高艙室舒適性是船舶艙室振動噪聲控制中急需解決問題?，F(xiàn)有的借助有限元軟件通過仿真分析得到箱體振動特性的步驟較為繁瑣、耗時較長，計算精度受到網(wǎng)格細(xì)密程度的影響，而且受樣本點數(shù)量限制，無法對箱體振動特性進(jìn)行準(zhǔn)確全面的預(yù)測?，F(xiàn)有技術(shù)所給出的耦合結(jié)構(gòu)的耦合能公式只適用于坐標(biāo)系為同方向的組合結(jié)構(gòu)，當(dāng)組合結(jié)構(gòu)中涉及到不同方向坐標(biāo)系時，此耦合能公式不符合需求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的限制，提供了一種利用改進(jìn)耦合能預(yù)測封閉箱體結(jié)構(gòu)振動特性的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種利用改進(jìn)耦合能預(yù)測封閉箱體結(jié)構(gòu)振動特性的方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：由六個各向同性的彈性板構(gòu)成封閉箱體結(jié)構(gòu)；

步驟2：引用二維改進(jìn)傅里葉級數(shù)方法給出彎曲振動位移與面內(nèi)振動位移的表達(dá)形式；

步驟3：建立封閉箱體結(jié)構(gòu)的能量函數(shù)；封閉箱體結(jié)構(gòu)的能量由箱體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總動能、總勢能所組成；

步驟4：將結(jié)構(gòu)彎曲振動位移及面內(nèi)振動位移代入所構(gòu)建的能量函數(shù)中，并采用瑞利里茲法對封閉箱體結(jié)構(gòu)能量函數(shù)中未知傅里葉系數(shù)取極值獲得封閉箱體結(jié)構(gòu)控制方程；

步驟5：求解控制方程的特征值及特征向量獲得封閉箱體結(jié)構(gòu)的固有頻率及振型。

優(yōu)選的是，步驟2的具體過程為：彈性約束邊界條件下矩形板結(jié)構(gòu)的面內(nèi)振動位移和橫向彎曲振動位移采用二維改進(jìn)傅立葉級數(shù)方法進(jìn)行求解；所采用的二維改進(jìn)傅里葉級數(shù)表達(dá)式由標(biāo)準(zhǔn)二維傅里葉余弦級數(shù)和補(bǔ)充函數(shù)所構(gòu)成，其中，補(bǔ)充函數(shù)由輔助函數(shù)與一維傅立葉余弦級數(shù)的乘積而得。封閉箱體結(jié)構(gòu)中各個板的彎曲振動位移w_i(x_i,y_i)、x方向面內(nèi)振動位移u_i(x_i,y_i)及y方向面內(nèi)振動位移v_i(x_i,y_i)的表達(dá)形式如下：

彎曲振動位移：

式中Lxi為第i個板結(jié)構(gòu)沿x方向長度，Lyi為第i個板結(jié)構(gòu)沿y方向長度。m,n為正整數(shù)。(x_i,y_i)為第i個板的位置坐標(biāo)。λ_Lxim＝mπ/Lxi，λ_Lyin＝nπ/Lyi。A_imn,a_im,b_im,c_im,d_im,e_in,f_in,g_in,h_in為第i個板結(jié)構(gòu)彎曲振動位移內(nèi)未知的傅里葉系數(shù)。補(bǔ)充函數(shù)中輔助函數(shù)的具體表形式如下：